【正文】 ；節(jié)約電能。采用微機(jī)控制，可通過采集各種傳感信號，如轉(zhuǎn)角脈沖變換、鋼絲繩打滑、井筒、滾筒及鋼絲繩磨損等信號進(jìn)行處理，計(jì)算出容器準(zhǔn)確的位置而施以控制和保護(hù)。c、各傳感器(如位置開關(guān)、停車開關(guān))信號的監(jiān)視。為確保人員和設(shè)備的安全，對不同故障一般采用不同的處理方法。我國在20世紀(jì)90年代也引進(jìn)了交流變頻調(diào)速提升機(jī)控制系統(tǒng)。礦井提升系統(tǒng)具有環(huán)節(jié)多、控制復(fù)雜、運(yùn)行速度快、慣性質(zhì)量大、運(yùn)行特性復(fù)雜的特點(diǎn)，且工作狀況經(jīng)常交替轉(zhuǎn)換。電氣控制方式在很大程度上決定了提升機(jī)能否實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)、安全、可靠地起制動運(yùn)行，避免了嚴(yán)重的機(jī)械磨損，防止較大的機(jī)械沖擊，減少機(jī)械部分維修的工作量，延長提升機(jī)械的使用壽命。這兩種系統(tǒng)大都采用數(shù)字控制方式實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的高自動化運(yùn)行，效率高，有準(zhǔn)確的制動和定位功能，運(yùn)行可靠性高，但造價(jià)昂貴，中小礦井難以承受。將變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于礦井提升機(jī)是礦井提升機(jī)電氣傳動系統(tǒng)的發(fā)展方向。因此，變頻器在提升機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用具有十分廣闊的前景。本論文的研究目標(biāo)是將可編程控制器（PLC）與變頻器相結(jié)合并應(yīng)用于礦山實(shí)際生產(chǎn)中，對現(xiàn)有的提升機(jī)電控系統(tǒng)進(jìn)行改造設(shè)計(jì)，提高精度，在更安全的范圍內(nèi)保證礦山生產(chǎn)的順利進(jìn)行。本論文承擔(dān)的主要任務(wù)如下：1．提升機(jī)電控系統(tǒng)主電路部分結(jié)合煤礦生產(chǎn)實(shí)際情況，分析提升機(jī)工作過程及工作特點(diǎn)。2．控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)部分可編程控制器PLC有強(qiáng)大的可編程控制功能，它是三菱編程軟件來完成的。在實(shí)際中經(jīng)常采用的轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速因其為有級調(diào)速，調(diào)速不連續(xù)，且對電網(wǎng)沖擊大。為了保證其安全生產(chǎn)，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上應(yīng)采用隔離、濾波、屏蔽、接地等抗干擾措施。在完成以上設(shè)計(jì)內(nèi)容時(shí)，此調(diào)速控制系統(tǒng)才能成為一個(gè)有機(jī)的整體，才能安全可靠的工作，并達(dá)到預(yù)期的控制效果。所以在設(shè)計(jì)的過程中要考慮到很多的安全因素。纏繞式礦井提升機(jī)有單卷筒和雙卷筒兩種，鋼絲繩在卷筒上的纏繞方式與一般絞車類似。摩擦式礦井提升機(jī)的提升繩搭掛在摩擦輪上，利用與摩擦輪襯墊的摩擦力使容器上升。后者的優(yōu)點(diǎn)是：可采用較細(xì)的鋼絲繩和直徑較小的摩擦輪，從而機(jī)組尺寸小，便于制造；速度高、提升能力大、安全性好。按工作方式分類如下： （一）纏繞式提升機(jī)纏繞式提升機(jī)的主要部件有主軸、卷筒、主軸承、調(diào)繩離合器、減速器、深度指示器和制動器等（）。因而卷筒的直徑和寬度也要增大，故不適用于深井提升。鋼絲繩的一端固定在卷筒上，另一端繞過天輪與提升容器相連；卷筒轉(zhuǎn)動時(shí)，鋼絲繩向卷筒上纏繞或放出，帶動提升容器升降。等直徑卷筒的結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，價(jià)格低，得到普遍應(yīng)用。20世紀(jì) 50年代末，英國人布雷爾（Blair）(又稱布雷爾式提升機(jī))，提升高度1580～2349m，一次提升量10～20t。除用于深立井提升外，還可用于淺立井和斜井提升。 多繩摩擦式提升機(jī)的主要部件有主軸、主導(dǎo)輪、主軸承、車槽裝置、減速器、 深度指示器、制動裝置及導(dǎo)向輪等。由于鋼絲繩與主導(dǎo)輪襯墊間不可避免的蠕動和滑動，停車時(shí)深度指示器偏離零位，故應(yīng)設(shè)自動調(diào)零裝置，在每次停車期間使指針自動指向零位。 機(jī)房直接設(shè)在地面上，井架低，投資小，抗震性能好；缺點(diǎn)是鋼絲繩暴露在露天，彎曲次數(shù)多,影響鋼絲繩的工作條件及使用壽命。制動器直接作用到制動力矩的機(jī)構(gòu)、傳動裝置是控制并調(diào)節(jié)制動力矩的機(jī)構(gòu)。它是溝通礦井地面與井下的運(yùn)輸設(shè)備，是礦井的重要設(shè)備之一。《煤礦安全規(guī)程》對制動力矩的規(guī)定①對于立井或傾角大于30。即不引起鋼繩打滑；⑤安全制動必須能自動、迅速和可靠地實(shí)現(xiàn)，制動器的空動時(shí)間(由安全保護(hù)回路斷電時(shí)起到閘瓦接觸到閘輪上的時(shí)間)．。對具有2套閘瓦只有1套傳動裝置的雙滾筒絞車，應(yīng)改為每個(gè)滾筒各自有其控制機(jī)構(gòu)的彈簧閘。常用閘必須采用可調(diào)節(jié)的機(jī)械制動裝置。（三）提升絞車的常用閘和保險(xiǎn)閘制動時(shí)，所產(chǎn)生的力矩與實(shí)際提升最大靜載荷旋轉(zhuǎn)力矩之比不得小于3。 礦井提升機(jī)的安全保護(hù)裝置《煤礦安全規(guī)程》第427條規(guī)定：提升機(jī)必須具有以下九種安全保護(hù)裝置：防止過卷裝置、防止過速裝置、過負(fù)荷和欠電壓保護(hù)裝置、限速裝置、深度指示器失效保護(hù)裝置、閘間隙保護(hù)裝置、松繩保護(hù)裝置、滿倉保護(hù)裝置、減速功能保護(hù)裝置。過負(fù)荷和欠電壓保護(hù)裝置：在提升機(jī)的配電開關(guān)上設(shè)有過電流和欠電壓保護(hù)裝置，在過負(fù)荷或欠電壓情況下使配電開關(guān)自動跳閘，切斷提升電動機(jī)電源，并使保險(xiǎn)閘發(fā)生作用。閘間隙保護(hù)裝置：當(dāng)閘間隙超過規(guī)定值時(shí)，能自動報(bào)警或自動斷電。減速功能保護(hù)裝置：當(dāng)提升容器（或平衡錘）達(dá)到設(shè)計(jì)減速位置時(shí)，能示警開始減速。變頻調(diào)速系統(tǒng)將是提升機(jī)電控系統(tǒng)的發(fā)展方向。變頻調(diào)速器：是動力裝置的能量供給單元，通過它可將輸入工頻電能轉(zhuǎn)換成頻率可調(diào)的電能提供給交流電動機(jī)，以達(dá)到控制交流電動機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。變頻調(diào)速控制系統(tǒng)工作原理：，系統(tǒng)內(nèi)部采用矢量控制思想，AC380V三相動力電源由隔爆接線腔R,S,T 3個(gè)接線柱接入隔爆主腔內(nèi)，大功率變頻（SB61G110KW）可以將工頻三相交流電經(jīng)過交—直變換之后經(jīng)過逆變器，利用設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行逆變，使得輸出為某一相應(yīng)設(shè)定頻率的交流電，經(jīng)變頻后輸出U,V,W來驅(qū)動電機(jī)的運(yùn)行。旋轉(zhuǎn)編碼器可以檢測主電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，并將此信號傳送給可編程控制器，PLC通過該信號可以累計(jì)計(jì)算提升機(jī)的行走距離。 本調(diào)速控制系統(tǒng)包括：日本三菱公司的可編程控制器FX2N80MR和變頻器各一臺。此時(shí)的變頻器輸出頻率與設(shè)定電壓輸入成正比。與變頻調(diào)速良好的起、制動功能相結(jié)合，特別適用于采用變頻調(diào)速，短時(shí)間或斷續(xù)周期運(yùn)行、頻繁啟動和制動的場合，既能保證電動機(jī)在高頻時(shí)的過載能力，又能在低頻時(shí)保持恒轉(zhuǎn)矩輸出。同時(shí)具有短路、接地和過載保護(hù)功能。此系列的電機(jī)屬于防爆電機(jī)，防爆電機(jī)與普通電機(jī)的區(qū)別是運(yùn)行時(shí)沒有火花產(chǎn)生，適合礦井的應(yīng)用場合。變頻器的選擇絞車升降的運(yùn)轉(zhuǎn)具有較大慣性，四象限運(yùn)行的特點(diǎn)，與其他傳動機(jī)械相比對變頻器有著更為苛刻的安全和性能上的要求，SB61G系列通用變頻器是專為起重類負(fù)載而設(shè)計(jì)的專用變頻器，該系列產(chǎn)品采用了最優(yōu)的電機(jī)控制方法—矢量控制技術(shù)，它可以對所有交流電動機(jī)的核心變量進(jìn)行控制，并把定子磁通、轉(zhuǎn)矩作為主要控制變量。：型號電壓容量電流功率SB61G110KW400V110KW變頻器可以輸出頻率可調(diào)的交流電源，另外在變頻器的外圍加設(shè)有聲光報(bào)警輸出口及制動單元，能夠?qū)崿F(xiàn)變頻器故障報(bào)警器和安全制動，更有效的對控制系統(tǒng)進(jìn)行安全保護(hù)。另外如果其他設(shè)備出現(xiàn)故障，經(jīng)PLC檢測出來后，繼電器K4動作，報(bào)警回路接通同樣也有聲光報(bào)警。這時(shí)：電動機(jī)的工作狀態(tài)在頻率剛減小的瞬間，電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速隨之下降，而由于機(jī)械慣性的原因，電動機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速未變。從電動機(jī)的角度來看，處于再生制動狀態(tài)。所以，從變頻調(diào)速系統(tǒng)的角度來看，拖動系統(tǒng)在轉(zhuǎn)速下降時(shí)減少的動能，由電動機(jī)“再生”電能后，在變頻器的直流電路中被消耗掉了。制動單元用于采集直流母線上的電壓有多大，當(dāng)超過設(shè)定值時(shí)，制動單元內(nèi)部的大功率晶閘管導(dǎo)通，通過制動電阻進(jìn)行放電，避免直流母線上電壓過高而損壞變頻器。能耗制動的優(yōu)點(diǎn)：制作簡單，對電網(wǎng)污染??；缺點(diǎn)是：電能浪費(fèi)，使制動電阻周圍環(huán)境溫度升高。這時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組切割磁力線后產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向相反，是制動轉(zhuǎn)矩。(2)直流制動功能預(yù)置A、直流制動的起始頻率，通常直流制動都是和再生制動配合使用的。B、直流制動強(qiáng)度即預(yù)置在定子繞組上施加直流電壓或直流電流的大小，它決定了直流制動的強(qiáng)度。預(yù)置直流制動時(shí)間的主要依據(jù)是負(fù)載是否有“爬行”現(xiàn)象，以及對克服“爬行”的要求，要求越高者，應(yīng)適當(dāng)長一些。旋轉(zhuǎn)編碼器通過PG卡與變頻器連接。PLC還完成各種保護(hù)監(jiān)視功能。一、起動，停車 多數(shù)變頻器不能適應(yīng)上電運(yùn)行功能，所以應(yīng)對控制系統(tǒng)加入保護(hù)功能。二、上提升，下放在控制回路中利用正轉(zhuǎn)繼電器K1的常閉輔助觸點(diǎn)控制反轉(zhuǎn)繼電器K2的線圈；利用反轉(zhuǎn)繼電器K2的常閉輔助觸頭控制正轉(zhuǎn)繼電器K1的線圈。同時(shí)斷開繼電器K1回路，形成下降閉鎖；當(dāng)按下上升按鈕時(shí)，K2吸合，斷開K1回路，形成上升閉鎖。正常工作狀態(tài)，為變頻調(diào)速運(yùn)行。四、保護(hù)及連鎖功能(1)上過卷、下過卷保護(hù)：在離井口安全處和離井底一定距離處分別裝上位置傳感器，作為PLC的接收信號。此時(shí)，鋼絲繩下沉，壓下開關(guān)，此時(shí)聲光報(bào)警，顯示屏上顯示故障信息。當(dāng)機(jī)械抱閘不成功時(shí)，故障顯示，檢測出來并報(bào)警，工作人員進(jìn)行手動制動。(8)盤式制動器的工作制動力矩可調(diào)，緊急制動(安全制動)能產(chǎn)生二級制動，避免機(jī)械沖擊。此次電機(jī)的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)控制通過PLC來控制，并且要保證在開門電機(jī)動作的時(shí)候，拖動電機(jī)不能運(yùn)行，以防出現(xiàn)事故。變頻器和電動機(jī)之間通過l軸編碼器引入了速度閉環(huán),從而使得變頻器工作于閉環(huán)編碼器反饋矢量控制方式,該控制方式的優(yōu)點(diǎn)是電動機(jī)零速時(shí)仍然具有額定轉(zhuǎn)矩的負(fù)載能力；速度控制的精度更高；速度控制和轉(zhuǎn)矩控制的動態(tài)性能得到改善。在圓光柵兩側(cè)，安放發(fā)光元件和光敏元件。 當(dāng)圓光柵與工作軸一起轉(zhuǎn)動時(shí)，光線透過2個(gè)光柵的線紋部分，形成明暗相間的條紋。(2)旋轉(zhuǎn)編碼器的選型本控制系統(tǒng)所用軸編碼器是歐姆龍公司的E6A2一CWZ6C360P／R型軸編碼器，電動機(jī)每轉(zhuǎn)一周該編碼器可以產(chǎn)生360個(gè)脈沖，該編碼器可以生成A、B兩相脈沖，分別對應(yīng)被控裝置的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。先進(jìn)行相位輸出，反轉(zhuǎn)時(shí)，B相超前A相90176。（2）罐籠在井筒中的位置測量卷筒轉(zhuǎn)速及提升容器在井筒中的位置由E6A2一CWZ6C 360P／R型軸編碼器測量。計(jì)算方法見式(),其中D100中的數(shù)值為速度脈沖信號在0．2 s內(nèi)的積分結(jié)果，D125中的數(shù)值為速度值。通過顯示器顯示出來，供操作員參考。（2）當(dāng)電動機(jī)正常起動或制動時(shí)，保護(hù)裝置不應(yīng)動作。二、熱繼電器過載保護(hù)礦山提升機(jī)由于負(fù)載沉重而需要限制起動時(shí)間，又容易堵轉(zhuǎn)，且又長期處于頻繁起動停止?fàn)顟B(tài)，容易出現(xiàn)過載現(xiàn)象，所以需要對電機(jī)進(jìn)行過載保護(hù)。保護(hù)措施主要是通過切斷電動機(jī)電源的方法實(shí)現(xiàn)保護(hù)。熱繼電器的整定值一般為電動機(jī)額定電流值。PLC工作靈敏度高，很容易受到各種電磁干擾，引起誤動作。針對不同的PLC，阻容吸收回路的參數(shù)可能不同，根據(jù)現(xiàn)場情況可以自行調(diào)整。以減少振動對其性能的影響。輸入輸出濾波變頻器輸出交流電后應(yīng)加入濾波器，然后再將濾波后的交流電送入電機(jī)，對電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。從提高變頻器安全可靠運(yùn)行角度，相比較而言，進(jìn)線電抗器起主要作用。輸出正弦濾波器中電感L和電容C參數(shù)的選擇受以下條件的約束:①電感器上基波電壓降越小越好。式中：為電機(jī)的激磁阻抗。提升機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)主要由動力裝置、液壓站、變頻器、操作臺和控制監(jiān)視系統(tǒng)等組成。采用變頻調(diào)速后，電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)真正意義上的軟啟動和平滑調(diào)速。PLC以軟件可編程的方式代替了大量的交流接觸器進(jìn)行控制，克服了轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速系統(tǒng)的控制電路復(fù)雜，破損率高等缺點(diǎn)，提高了電力傳動控制系統(tǒng)的可靠性和安全性。在本文中主要探討了PLC所要完成的保護(hù)控制功能及其極為重要的提升機(jī)速度控制理論與實(shí)現(xiàn)。它與PLC通過模擬量輸入接口相連，提升機(jī)S形速度給定曲線由PLC通過軟件編程產(chǎn)生通過變頻器模擬量輸入器對電機(jī)實(shí)現(xiàn)調(diào)速控制。監(jiān)控內(nèi)容主要包括：超速監(jiān)視、過載監(jiān)視、松繩監(jiān)視、井筒過卷監(jiān)視、變頻器故障監(jiān)視、礦車行程監(jiān)視、深度指示器失效監(jiān)視等，以上監(jiān)視內(nèi)容出現(xiàn)故障時(shí)，通過報(bào)警回路報(bào)警或安全回路實(shí)現(xiàn)抱閘停車保護(hù)。為了保證其安全生產(chǎn)，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上采用隔離、濾波、屏蔽、接地等抗干擾措施。首先，感謝我的導(dǎo)師，他嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)的學(xué)術(shù)作風(fēng)和孜孜不倦的求學(xué)精神激勵并培養(yǎng)了我實(shí)事求是、認(rèn)真踏實(shí)的學(xué)習(xí)態(tài)度，并使我懂得了作為科學(xué)工作者應(yīng)具備的品德和修養(yǎng),所有這些，都將使我受益